TINJAUAN PUSTAKA
2.2. Bahan Penyalut Untuk Enkapsulasi
2.2.4. Dekstrin 1.Maltodekstrin1.Maltodekstrin
Maltodekstrin (C6H12O5).nH2O didefinisikan sebagai produk hidrolisat pati (polimer sakarida tidak manis) dengan panjang rantai rata-rata 5-10 unit/molekul glukosa. Maltodekstrin secara teori diproduksi dengan menggunakan hidrolisis terkontrol melalui enzim (α-amilase) atau asam (Desmawarni, 2007). Maltodekstrin tidak memiliki kemampuan sebenarnya dalam emulsifikasi (lipofil atau hidrofil). Maltodekstrin tersusun dari unit glukosa, dan tidak efektif untuk menstabilkan minyak atau flavor dalam larutan berviskositas. Untuk itu biasanya maltodekstrin dikombinasi dengan bahan seperti gum arab atau pati termodifikasi lainnya untuk keperluan stabilitas emulsi. Maltodekstrin atau pati termodifikasi dengan DE (dekstrosa equivalen) yang rendah (kurang dari 20) efektif untuk mikroenkapsulasi flavor.
15
Maltodekstrin adalah senyawa yang non-hygroscopic. Maltodekstrin dapat larut dalam air dingin dengan sempurna sehingga dapat melepaskan flavor secara cepat dalam penggunaannya pada aplikasi tertentu. Flavor dan rasa manis pada maltodekstrin sangat rendah sehingga dapat cepat hilang dalam penggunaannya. Maltodekstrin juga terjangkau dari segi biaya dan mudah diperoleh (Desmawarni, 2007).
2.2.4.2.Siklodekstrin
Siklodekstrin merupakan oligosakarida berbentuk siklis yang tersusun atas beberapa unit glukosa dengan ikatan α-1,4 glikosida. Senyawa tersebut dapat dihasilkan dari degradasi pati secara enzimatis dengan menggunakan siklodekstrin glikosil-transferase (CGTase). Berdasarkan jumlah unit glukosanya, siklodekstrin dibagi menjadi tiga bentuk yaitu α-siklodekstrin yang terdiri dari 6 unit glukosa, - siklodekstrin 7 unit glukosa dan -siklodekstrin 8 unit glukosa (Tankova, 1998).
Gambar 2.3 Struktur α-siklodekstrin, -siklodekstrin dan -siklodekstrin (a) dan. Skema ilustrasi dari interaksi siklodekstrin dengan gugus hidroksil (b)
α-Siklodekstrin -Siklodekstrin -Siklodekstrin Jumlah unit glukosa 6 7 8 Formula molekul
Berat molekul (g mol-1)
C36H60O30 972 C42H70O35 1135 C48H80O40 1297 Kelarutan dalam air pada 14,5 1,85 23.2 25oC (%b/v)
Diamater dalam rongga (nm) 0,5-0,6 0,6-0,8 0,8-0,10 Diameter luar rongga (nm) 1,4-1,5 1,5-1,6 1,7-1,8 Tinggi torus (nm) 0,8 0,8 0,8
Struktur molekul bahan ini ada dalam bentuk cincin makro yang terdiri dari unit-unit α-D-glukopiranosa. Gambar 2.4. menunjukkan struktur molekul untuk satu unit α-D-glukopiranosa yaitu C6H10O5 yang siap membentuk struktur siklodekstrin. Unit-unit α-D-glukopiranosa ini dengan jumlah jumlah berbeda terikat antara satu sama lain melalui ikatan glikosidik-α-(1→4), selanjutnya memproduksi siklodekstrin. Sehubungan itu, penamaan siklodekstrin dengan menggunakan simbol Yunani yang berbeda dipraktikkan untuk membedakan ukuran-ukuran siklodekstrin tersebut (Chen et al., 2005).
Gambar 2.4 Struktur molekul untuk satu unit α-D-glukopiranosa yang siap untuk membentuk struktur siklodekstrin (Chen et al., 2005)
Tabel 2.3 Karakteristik molekul siklodekstrin
Sumber : (Marques, 2010) Seperti yang telah dilaporkan sebelumnya, cincin siklodekstrin adalah silinder atau yang lebih tepat silinder berbentuk kerucut yang dipotong. Bentuk siklodekstrin ini diilustrasikan seperti pada Gambar 2.5. Selanjutnya menghasilkan permukaan dalam rongga yang hidrofobik sedangkan permukaan luar rongga
17
adalah hidrofilik. Susunan inilah yang memungkinkan siklodekstrin bertindak sebagai host atau tuan rumah untuk menjebak bahan kimia lain apakah secara penuh atau sebagian saja tetapi tidak melibatkan pembentukan ikatan-ikatan kovalen. Pada satu unit α-D-glukopiranosa dalam struktur siklodekstrin tersebut, ada dua jenis gugus hidroksil (OH) yaitu OH sekunder dan OH primer seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.5 (a). Gugus OH sekunder berada pada sisi sekunder atau sisi yang lebih luas. Sedangkan kelompok OH primer berada pada sisi primer atau sisi yang lebih kecil. Gambar 2.5 (b) menunjukkan dimensi ukuran dalam rongga dan ukuran luar rongga serta ketinggian dari molekul -siklodekstrin. Diameter rongga - siklodekstrin dibentuk oleh oksigen glikosida (atom titian) dan atom hidrogen yang berada di dalam rongga.
Gambar 2.5 (a). Bentuk berongga yang disebabkan oleh penyusunan gugus hidroksil dalam molekul. (b). Dimensi ukuran dalam rongga dan ukuran luar rongga serta ketinggian dari molekul -siklodekstrin.
Dari ketiga molekul siklodekstrin, -siklodekstrin telah banyak digunakan dalam enkapsulasi minyak atsiri dengan memberikan hasil enkapsulasi yang tinggi, membentuk kompleks inklusi molekul antara minyak dengan rongga - siklodekstrin yang polar. Kompleks inklusi tersebut melindungi efisiensi minyak selama masa penyimpanan dengan stabilitas thermal yang rendah (Martin et al.,
2010). Selain itu, -siklodekstrin juga secara luas digunakan sebagai bahan dinding karena kemampuan mereka untuk mengemas molekul hidrofobik dengan ukuran yang cocok dalam rongga mereka untuk membentuk inklusi kompleks. Interaksi dalam pembentukan kompleks inklusi antara tuan rumah dan molekul tamu ditunjukkan pada Gambar 2.6
.
Gambar 2.6 Pembentukan kompleks inklusi antara molrkul tamu dan siklodekstrin (Marques, 2010)
2.3. Asetilasi β-siklodekstrin dengan Katalis Zr
4+-zeolit beta
2.3.1. Modifikasi Zeolit Beta sebagai Katalis dalam ReaksiKatalis merupakan sejumlah kecil materi yang ditambahkan kepada suatu reaksi kimia yang berjalan sangat lambat dengan tujuan agar reaksi tersebut dapat berjalan lebih cepat. Katalis menurunkan energi aktivasi yang menyebabkan laju reaksi semakin cepat. Katalis yang digunakan pada penelitian ini merupakan katalis heterogen dan berbentuk powder. Penggunaan katalis heterogen dikarenakan katalis heterogen memiliki beberapa macam kelebihan, antara lain mudah dipisahkan dari produk, proses preparasi dan kontrol katalis yang mudah, dan kualitas produk yang dihasilkan pun baik (Triyono, 2002).
19
Zeolit merupakan kristal aluminosilikat dengan rumus struktur Mx/n(AlO2)x(SiO2)y, dimana n adalah valensi kation M, x+y jumlah total dari tetrahedral per unit cell, dan y/x adalah rasio atom Si/Al yang bervariasi mulai dari minimum 1 hingga tak terbatas. Zeolit merupakan material yang memiliki lattice yang besar dan oksigen sebagai pembawa muatan negatif. Silika alumina terasosiasi dengan muatan positif pada struktur antar lapis, seperti ion natrium. Zeolit pada umumnya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetis.
1. Zeolit alam
Merupakan suatu kelompok mineral yang dihasilkan dari proses hidrotermal pada batuan beku basa. Mineral ini biasanya dijumpai mengisi celah-celah maupun rekahan dari batuan tersebut. Selain itu zeolit juga merupakan endapan dari aktifitas vulkanik yang banyak mengandung unsur silika(Saputra, 2006). Pada umumnya, zeolit dibentuk oleh reaksi dari air pori dengan berbagai mineral seperti gelas, lempung yang mengandung sedikit kristal, plagioklas, ataupun silica. Bentukan zeolit mengandung perbandingan yang besar dari M2+ dan H+ pada Na+, K+ dan Ca2+. Pembentukan zeolit ala mini tergantung pada komposisi dari batuan induk, temperature, tekanan parsial dari air, pH dan aktifitas dari ion-ion tertentu.
2. Zeolit sintetis
Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat fisik dan kimia yang sama dengan zeolit alam. Zeolit ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis. Mineral zeolit sintetis yang dibuat tidak dapat sama persis dengan mineral zeolit alam, walaupun zeolit sintetis mempunyai sifat fisis yang jauh lebih baik.
Beberapa penamaaan zeolit sintetis sama dengan nama zeolit alam dengan menambahkan kata sintetis dibelakangnya sehingga dalam dunia perdagangan muncul nama zeolit sintetis seperti zeolit A, zeolit K-C, dll (Saputra, 2006).
Salah satu contoh zeolit sintetis adalah zeolit beta. Struktur dari zeolit beta baru ditentukan akhir-akhir ini karena strukturnya yang sangat kompleks. Beta zeolit terdiri dari 2 struktur yang tumbuh berbeda disebut dengan polimorf A dan B. Polimorf tersebut tumbuh sebagai lapisan 2 dimensi dan lapisan tersebut berubah secara acak antara keduanya. Kedua polimorf tersebut mempunyai jaringan 3 dimensi dari poros 12 cincin. Pertumbuhan dari polimorf tidak berpengaruh besar terhadap pori-pori struktur 2 dimensinya, tapi pada arah tertentu, porosnya menjadi berliku-liku, tapi bukan terintangi (Kamimura, 2011).
Gambar 2.7 Struktur Pori Zeolit Beta (Anshori, 2009)
Kemampuan zeolit sebagai katalis berkaitan dengan tersedianya pusat-pusat aktif dalam saluran antar zeolit. Pusat-pusat aktif tersebut terbentuk karena adanya gugus fungsi asam tipe Bronsted maupun Lewis. Perbandingan kedua jenis asam ini tergantung pada proses aktivasi zeolit dan kondisi reaksi. Pusat-pusat aktif yang bersifat asam ini selanjutnya dapat mengikat molekul-molekul basa secara kimiawi. Sedangkan sifat zeolit sebagai penukar ion karena adanya kation logam alkali dan
21
alkali tanah. Kation tersebut dapat bergerak bebas didalam rongga dan dapat dipertukarkan dengan kation logam lain dengan jumlah yang sama. Akibat struktur zeolit berongga, anion atau molekul berukuran lebih kecil atau sama dengan rongga dapat masuk dan terjebak
Situs asam Bronsted Situs asam Lewis
.
Gambar 2.8 Situs asam Lewis dan Bronsted dalam Zeolit Beta (Witanto et al., 2010) .
Logam-logam transisi banyak digunakan sebagai katalis (Gates, 1992). Zirkonium dengan nomor atom 40 merupakan golongan IVB dan mempunyai orbital 4d yang belum penuh. Zirkonium dapat dijadikan sebagai katalis. Hal ini berhubungan dengan belum penuhnya pengisian elektron pada orbital d. Zirkonium banyak digunakan dalam proses katalitik pada katalis sebagai pendukung, dan juga sebagai promotor. Jari-jari zirkonium relatif besar sehingga sifatnya lebih tahan terhadap reduksi. Zirkonium mempunyai titik leleh yang tinggi (2700oC) sehingga membuatnya lebih stabil terhadap panas tinggi (Sugiyarto, 2010).
Muthiah (2014) telah meneliti penggunaan katalis Zr4+-zeolit beta dalam reaksi asetilasi senyawa 2-metoksinaftalena. Dalam hal ini, parameter yang diteliti adalah aktivitas dan selektivitas dari katalis tersebut. Hasil penelitiannya adalah
bahwa katalis Zr4+ -zeolit beta memiliki aktivitas yang kurang baik, tetapi memiliki selektivitas yang tinggi terhadap pembentukan produk hasil reaksi asetilasi 2- metoksinaftalena.